[論文レビュー] The VERITAS Blazar Key Science Project

W. Benbow|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

VERITASブラザール・キーパフォーマンス・プロジェクト（KSP）は、アリゾナ州南部に位置するVERITASアレイを用いて、ブラザールの同時多波長（MWL）観測を深く行うことで、非常に高エネルギー（VHE；E > 100 GeV）ガンマ線天文学を顕著に前進させた。このプロジェクトは、4つの新しいVHEブラザールを検出するとともに、50以上の標的に対して厳密な上限を設定し、スタック解析によりサンプル内に検出されないVHE放射が存在する可能性が非常に高いことが示された。

ABSTRACT

The VERITAS array of 12-m atmospheric-Cherenkov telescopes in southern Arizona is currently the world's most-sensitive detector of astrophysical very high energy (VHE; E>100 GeV) gamma rays. Approximately 25 blazars are known to emit VHE photons, and observations of blazars are one of the VERITAS collaboration's key science projects (KSP). More than 50 of these objects have been observed with the array, in most cases with the deepest-ever VHE exposure. This contribution summarizes the VERITAS blazar KSP, with a focus on the upper limits measured in the blazar discovery program. VERITAS blazar detections are presented in detail elsewhere in these proceedings.

研究の動機と目的

• 当時既知の25個を超えるVHEブラザールの同定数を増加させ、VHEブラザール集団の統計的分析を可能にする。
• 特にレプトン系（逆コンプトン）およびハドロン系モデルを用いた、ブラザールジェット内でのVHEガンマ線放射の物理的メカニズムを解明する。
• VHEブラザールデータを用いて、銀河間背景光（EBL）を制約し、宇宙論的進化を探る。
• 同時多波長（MWL）キャンペーンを実施し、スペクトルエネルギー分布（SED）を測定し、ドーナツ因子、磁場、電子エネルギー分布などの発光領域パラメータを特定する。
• 構造化された発見プログラム、ToOトリガー、専用のMWL協調体制を通じて、検出感度と観測効率を向上させる。

提案手法

• アリゾナ州南部に位置する4台の12メートル級大気チェレンコフ望遠鏡からなるVERITASアレイを用い、15%のエネルギー分解能と0.1°の角度分解能を備えたVHEガンマ線検出に最適化された装置を採用した。
• 暗黒時間中に1標的あたり10時間の露出を実施する体系的VHEブラザール発見プログラムを実施し、月明かりが一部入る状況の観測も補完的に実施した。
• VHEフレア（例：2 Crab以上）、Whipple 10m望遠鏡のモニタリングからのアラート、または光学・X線・Fermi-LATでの多波長フレアをトリガーとして、標的の機会（ToO）プログラムを実施した。
• 光学・X線・Fermi-LAT望遠鏡からの同時多波長データを統合し、SEDのモデリングと発光メカニズム・EBL効果の制約を実施した。
• 非検出標的のスタック解析を実施し、統計的上限を導出し、隠れたVHE集団の仮説を検証した。
• 年間約10個の高可能性を持つブラザールを優先順位リストに掲載し、今後の計画ではエネルギースペクトルが急峻なFermi-LAT源および赤方偏移が0.3 < z < 0.7の高赤方偏移対象を焦点に据える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 真のVHE放射ブラザール集団はどの程度で、感度や露出限界のため検出されていないものはどれほど存在するのか？
• RQ2 同時多波長データは、VHE放射の起源（レプトン系対ハドロン系）およびジェット発光領域内の物理的状態をどの程度制約できるか？
• RQ3 VHEブラザール観測は、宇宙時間にわたる銀河間背景光（EBL）およびその進化をどの程度制約できるか？
• RQ4 ToOキャンペーンで得られたVHE光曲線およびスペクトル変動は、粒子加速およびジェットダイナミクスのモデルにどのように寄与するか？
• RQ5 非検出ブラザールのスタックサンプルにおけるVHE放射の統計的有意性は何か？ これは、隠れた集団を示唆するか？

主な発見

• VERITASは4つの新しいVHEブラザールを検出し、特にRGB J0710+591は、信号を確認し系統的要因を除外するために、深さのあるToO観測が実施された。
• VERITASブラザールKSPサンプルの非検出標的に対するスタック解析は顕著な過剰を示し、VHE放射を発する隠れたブラザール集団が存在する高い確率を示している。
• 50個以上のブラザールがVERITASで観測され、発見プログラムに200時間以上の露出が割り当てられ、多くの標的に対して史上最高のVHE露出が達成された。
• 観測されたほぼすべてのVHEブラザールで同時多波長データが得られ、詳細なSEDモデリングとドーナツ因子、磁場、電子エネルギー分布の制約が可能になった。
• Fermi-LATのToOトリガー、Whipple 10mモニタリング、光学アラートを活用して、フレア状態を捉えることに成功した。特に、Whippleアラートによって引き起こされたMkn 421の深さのある観測が実施された。
• 今後の観測は、リスクが高くリターンの大きな標的、特に赤方偏移が0.3 < z < 0.7の急峻なスペクトルを持つFermi-LAT源に焦点を当てる予定であり、EBLの制約が強化されるものと期待される。